Структура и использование микроконтроллеров (стр. 2 из 3)

SPI: 10 (SS), 11 (MOSI), 12 (MISO), 13 (SCK). Посредством данных выводов осуществляется связь SPI, которая, хотя и поддерживается аппаратной частью, не включена в язык Arduino.

LED: 13. Встроенный светодиод, подключенный к цифровому выводу 13. Если значение на выводе имеет высокий потенциал, то светодиод горит.

На платформе Duemilanove установлены 6 аналоговых входов, каждый разрешением 10 бит (т.е. может принимать 1024 различных значения). Стандартно выводы имеют диапазон измерения до 5 В относительно земли, тем не менее имеется возможность изменить верхний предел посредством вывода AREF и функции analogReference(). Некоторые выводы имеют дополнительные функции:

I2C: 4 (SDA) и 5 (SCL). Посредством выводов осуществляется связь I2C (TWI), для создания которой используется библиотека Wire.

Дополнительная пара выводов платформы:

AREF. Опорное напряжение для аналоговых входов. Используется с функцией analogReference().

Reset. Низкий уровень сигнала на выводе перезагружает микроконтроллер. Обычно применяется для подключения кнопки с целью блокировки микроконтроллера.

Обратите внимание на соединение между выводами Arduino и портами ATmega168.

Связь

На платформе Arduino Duemilanove установлено несколько устройств для осуществления связи с компьютером, другими устройствами Arduino или микроконтроллерами. ATmega168 и ATmega328 поддерживают последовательный интерфейс UART TTL (5 В), осуществляемый выводами 0 (RX) и 1 (TX). Установленная на плате микросхема FTDI FT232RL направляет данный интерфейс через USB, а драйверы FTDI (включены в программу Arduino) предоставляют виртуальный COM порт программе на компьютере. Мониторинг последовательной шины (Serial Monitor) программы Arduino позволяет посылать и получать текстовые данные при подключении к платформе. Светодиоды RX и TX на платформе будут мигать при передаче данных через микросхему FTDI или USB подключение (но не при использовании последовательной передачи через выводы 0 и 1).

Библиотекой SoftwareSerial возможно создать последовательную передачу данных через любой из цифровых выводов Duemilanove.

ATmega168 и ATmega328 поддерживают интерфейсы I2C (TWI) и SPI. В Arduino включена библиотека Wire для удобства использования шины I2C. Более подробная информация находится в документации. Для использования интерфейса SPI обратитесь к техническим данным микроконтроллеров ATmega168 и ATmega328.

Программирование

Платформа программируется посредством ПО Arduino. Из меню Tools > Board выбирается «Arduino Diecimila или Duemilanove w/ ATmega168» или «Arduino Duemilanove w/ ATmega328» (согласно установленному микроконтроллеру). Подробная информация находится в справочнике и инструкциях.

Микроконтроллеры ATmega168 и ATmega328 поставляются с записанным загрузчиком, облегчающим запись новых программ без использования внешних программаторов. Связь осуществляется оригинальным протоколом STK500.

Имеется возможность не использовать загрузчик и запрограммировать микроконтроллер через выводы ICSP (внутрисхемное программирование). Подробная информация находится в данной инструкции.

Автоматическая (программная) перезагрузка

Duemilanove разработана таким образом, чтобы перед записью нового кода перезагрузка осуществлялась самой программой, а не нажатием кнопки на платформе. Одна из линий FT232RL, управляющих потоком данных (DTR), подключена к выводу перезагрузки микроконтроллеров ATmega168 или ATmega328 через резистор 100 нФ. Активация данной линии, т.е. подача сигнала низкого уровня, перезагружает микроконтроллер. Программа Arduino, используя данную функцию, загружает код одним нажатием кнопки Upload в самой среде программирования. Подача сигнала низкого уровня по линии DTR скоординирована с началом записи кода, что сокращает таймаут загрузчика.

Функция имеет еще одно применение. Перезагрузка Duemilanove происходит каждый раз при подключении к программе Arduino на компьютере с ОС Mac X или Linux (через USB). Следующие полсекунды после перезагрузки работает загрузчик. Во время программирования происходит задержка нескольких первых байтов кода во избежание получения платформой некорректных данных (всех, кроме кода новой программы). Если производится разовая отладка скетча, записанного в платформу, или ввод каких-либо других данных при первом запуске, необходимо убедиться, что программа на компьютере ожидает в течение секунды перед передачей данных.

На Duemilanove имеется возможность отключить линию автоматической перезагрузки разрывом соответствующей линии. Контакты микросхем с обоих концов линии могут быть соединены с целью восстановления. Линия маркирована «RESET-EN». Отключить автоматическую перезагрузку также возможно подключив резистор 110 Ом между источником 5 В и данной линией. Подробная информация находится в соответствующей ветке форума.

Токовая защита разъема USB

В Arduino Duemilanove встроена перезагружаемая плавкая вставка (предохранитель), защищающая порт USB компьютера от токов короткого замыкания и сверхтоков. Хотя практически все компьютеры имеют подобную защиту, тем не менее, данный предохранитель обеспечивает дополнительный барьер. Предохранитель автоматически прерывает обмен данных при прохождении тока более 500 мА через USB порт.

Физические характеристики

Длинна и ширина печатной платы Duemilanove составляют 6.9 и 5.3 см соответственно. Разъем USB и силовой разъем выходят за границы данных размеров. Три отверстия в плате позволяют закрепить ее на поверхности. Расстояние между цифровыми выводами 7 и 8 равняется 0,4 см, хотя между другими выводами оно составляет 0,25 см.

1.2 Описание принципиальной электрической схемы

Схема электрическая принципиальная представлена на рисунке 1.2

1.3 Выбор и расчет элементов схемы

При разработке устройства были использованы следующие электронные компоненты:

– термодатчик DS 18B20;

- платформа Arduino

– датчики PL – нижнего уровня и датчик PH – высокого уровня

- электрический нагревательный элемент

Для включения электронагревателя или электродвигателя микроконтроллер должен выдать сигнал низкого уровня на соответствующую линию порта вывода.

После включения нагревателя устройство должно поддерживать температуру в диапазоне от Тмин до Тмакс. Текущее значение температуры отображается на 3-значном цифровом индикаторе.

В исходном состоянии резервуары пуст, все краны закрыты, нагреватель и двигатель выключены.

Технологический цикл должен начинаться после нажатия кнопки «Пуск». По завершении цикла подать звуковой сигнал частотой 1 – 2 кГц длительностью 2 с.

Датчик температуры (DT) использует термосопротивление, величина которого зависит от температуры. Датчик проградуирован так, что при температуре 10 С⁰ он выдает 0,1 В, а при температуре 200 С⁰ – 2,0В.

Даны значения Тмин=85, Тмакс=90. Следовательно Тмин =174 Тмакс =184

1.4 Конструкция устройства

Общая характеристика объекта управления. Агрегат содержит один резервуар (Р), который оснащен датчиками и имеет входные трубы и выпускную трубу. Дополнительно резервуары могут содержать электронагреватель (TEN), миксер, приводимый во вращение электродвигателем (ED). Задана последовательность операций, которая обеспечивает химико-технологический процесс приготовления продута.

Датчик нижнего уровня (DL) сигнализирует о том, что резервуар пуст, если сигнал DL=0. Датчики верхнего уровня (DH) сигнализируют о том, что резервуар заполнен, если сигнал DH=0. На каждой трубе имеется кран, приводимый в движение электромагнитом. Кран будет открыт, если на электромагнит подать сигнал управления низкого уровня (K_n=0, n–номер крана). Если сработает датчик нижнего уровня, то соответствующий выпускной кран должен быть закрыт.

После включения нагревателя устройство должно поддерживать температуру в диапазоне от Тмин до Тмакс. В исходном состоянии резервуары пуст, все краны закрыты, нагреватель и двигатель выключены.

2 Программное обеспечение

2.1 Алгоритм функционирования

Открыть кран К1 на 30 с.

Открыть кран К2 до заполнения резервуара. Р

Запустить электродвигатель на 5 мин. Одновременно включить нагреватель.

Выключить нагреватель. Слить жидкость из Р.

Открыть кран К3 до заполнения Р водой.

Включить двигатель и перемешивать в течение 3 мин.

Слить воду.

Цикл завершен.

Даны значения Тмин=85, Тмакс=90. Режим работы светодиодных цифровых индикаторов – динамический.174-184

Алгоритм функционирования робота представлен на Рисунке 5.

Описание алгоритма:

Рисунок 5. Блок схема алгоритма

2.2 Описание программы

Функция setup () главная функция.

Функция loop() обрабатывает сообщение старта и запускает цикл.

Инициализируем порты

pinMode(5, INPUT); //dh – на ввод. Датчик высокого уровня

pinMode(6, INPUT); //dl - на ввод. Датчик низкого уровня

pinMode(7, INPUT); //start на ввод кнопка «START»

pinMode(8, OUTPUT); //k1 на вывод, кран К1

pinMode(9, OUTPUT); //k2 на вывод, кран К2

pinMode(10, OUTPUT); //k3 на вывод, кран К3

pinMode(12, OUTPUT); //ten на вывод для нагревательного элемента

pinMode(13, OUTPUT); //dvig на вывод для управления двигателем

pinMode(3, OUTPUT); //tone на вывод спикера